(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流す流体通路に流量センサ部と流量制御弁とを設け、該流量センサ部で検出した流量値と所定の流量設定値とを比較して該流量制御弁を制御する制御部とを有する流量制御装置において、
前記流量センサ部及び流量制御弁よりも上流側に圧力センサを設け、前記制御部には、ｍ水準の流量設定値とｎ水準の流体圧力値（但し、ｍ及びｎは１を除く自然数。）に応じたｍ×ｎ種類のＰＩＤ制御定数であって、前記流量設定値と前記流体圧力値を階段状に変動させた時の前記流量値がオーバーシュートやハンチングを起こすことなく速やかに前記流量設定値になるように調整したＰＩＤ制御定数を予め求めて記憶しておき、
前記制御部に入力された前記流量設定値と前記圧力センサの検出値に応じたＰＩＤ制御定数が前記制御部に記憶された前記ＰＩＤ制御定数の中にあるとき、前記制御部は、そのＰＩＤ制御定数を最適なＰＩＤ制御定数として決定して流量制御し、
前記制御部に入力された前記流量設定値と前記圧力センサの検出値に応じたＰＩＤ制御定数が前記制御部に記憶された前記ＰＩＤ制御定数の中にないとき、前記制御部は、入力された前記流量設定値と前記圧力センサの検出値に近似する流量設定値と圧力センサの検出値に応じた複数の前記ＰＩＤ制御定数を選び出し、選び出された前記ＰＩＤ制御定数から近似計算により最適なＰＩＤ制御定数を求めて流量制御するように構成したことを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
流体を流す流体通路に流量センサ部と流量制御弁とを設け、該流量センサ部で検出した流量値と所定の流量設定値とを比較して該流量制御弁を制御する制御部とを有する流量制御装置において、
前記流量センサ部及び流量制御弁の上流側及び下流側に差圧検知手段を設け、前記制御部には、ｍ’水準の流量設定値とｎ’水準の流体差圧値（但し、ｍ’及びｎ’は１を除く自然数。）に応じたｍ’×ｎ’種類のＰＩＤ制御定数であって、前記流量設定値と前記流体差圧値を階段状に変動させた時の前記流量値がオーバーシュートやハンチングを起こすことなく速やかに前記流量設定値になるように調整したＰＩＤ制御定数を予め求めて記憶しておき、
前記制御部に入力された前記流量設定値と前記流体差圧値に応じたＰＩＤ制御定数が前記制御部に記憶された前記ＰＩＤ制御定数の中にあるとき、前記制御部は、そのＰＩＤ制御定数を最適なＰＩＤ制御定数として決定して流量制御し、
前記制御部に入力された前記流量設定値と前記流体差圧値に応じたＰＩＤ制御定数が前記制御部に記憶された前記ＰＩＤ制御定数の中にないとき、前記制御部は、入力された前記流量設定値と前記流体差圧値に近似する流量設定値と流体差圧値に応じた複数の前記ＰＩＤ制御定数を選び出し、選び出された前記ＰＩＤ制御定数から近似計算により最適なＰＩＤ制御定数を求めて流量制御するように構成したことを特徴とする流量制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、流量センサ部で検出した流量値と前記決定され又は求められた最適なＰＩＤ制御定数から前記流量制御弁に印加すべき電圧を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス等の比較的小流量の流体の流量を制御する流量制御方法に関し、特に流量制御の応答速度を改良した流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製品等を製造するために利用される流量制御装置（例えば、マスフローコントローラ）は、流量を検出するセンサ部と、流量を制御するバルブ部と、これを制御する制御部とから主に構成されている。そして、制御部ではセンサ部で検出した流量値と流量設定値とを比較し、実際の流量値が流量設定値となるようにバルブ部に制御信号を出力する。このとき、実際の流量が流量設定値に対してオーバーシュートやハンチングしないように、一般的にはＰＩＤ制御を行う。
このＰＩＤ制御の各定数は、アナログ回路のみ搭載したアナログ制御マスフローコントローラでは、回路構成の制約を受けるために、一般的には固定（１つ）である。一方、デジタル回路を搭載したデジタル制御マスフローコントローラでは、ＣＰＵやＥＥＰＲＯＭを利用して、設定流量毎にＰＩＤ制御の定数を複数（例えば６つ）もち、この定数を切り換える機能を持っている。
【０００３】
例えば特許文献１には、予め複数の流量設定値に応じた流量制御弁の定常操作量を測定してテーブル化して記憶しておき、所定の流量設定値まで急激に流量を変化する際に、流量制御部は所定の流量設定値に対応した定常操作量をテーブルに基づいて求め、求められた定常操作量よりも所定の割合だけ小さい初期操作量を前記流量制御弁に出力し、その後、直ちに前記初期操作量を基準として速度型ＰＩＤ制御に移行するようにした流量制御方法が記載されている。また、流量設定値に規定された流量が安定して流れている時の流量制御弁の実際の操作量をモニタし、流量設定値と、実際の操作量に対応するテーブル上の流量設定値との比に基づいてテーブルの定常操作量を書き替えるように構成することが記載されている。
【０００４】
また特許文献２にはデジタル演算回路系とアナログ回路系とを有し、アナログ回路系には、センサ信号と流量設定信号とを比較する比較部を備え、この比較部にはＰＩＤ制御の制御定数を切り換えて選択する制御定数切り換え部が接続され、流量制御弁の応答性に関する制御の内、センサ信号と流量設定信号とを比較して流量制御弁のバルブ印加電圧を決定するフィードバックループはアナログ回路系で行う質量流量制御装置が記載されている。そして、制御定数は抵抗値の異なる１０個の制御定数抵抗から構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１６０３３８号公報
【特許文献２】特開２００２−８２７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、流量制御弁の弁の開度は制御する対象となる流体の圧力（又は流量制御弁の上流と下流との差圧）の影響を受ける事が知られている。即ち、一定の流量に制御するためには、圧力が高い場合には弁の開度を小さく、圧力が低い場合には弁の開度を大きくするように制御しなければならない。
この点において、特許文献１または特許文献２に記載の技術によれば、流体の圧力が変化した場合、流量設定値と、実際の操作量に対応するテーブル上の流量設定値との比に基づいてテーブルの定常操作量を書き替えるように構成しているものの、ＰＩＤ制御の定数は流量設定値毎にしか記憶していないので、安定した流量を下流に流せるまでの時間（以下、応答時間ともいう）が、流体の圧力毎に変化してしまうという問題がある。この問題点は、例えば半導体制御装置においては、最も遅い応答時間の間、装置を停止しプロセスガスを排出すること（所謂、捨てガス）を必要としている。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、制御する流体の圧力が変化した場合にでも流量制御の応答性速度を高速のまま維持することができる流量制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、流体を流す流体通路に流量センサ部と流量制御弁とを設け、該流量センサ部で検出した流量値と所定の流量設定値とを比較して該流量制御弁を制御する制御部とを有する流量制御装置において、前記流量センサ部及び流量制御弁よりも上流側に圧力センサを設け、前記制御部には、予めｍ水準の流量設定値とｎ水準の流体圧力値（但し、ｍ及びｎは１を除く自然数。）に応じたｍ×ｎ種類の制御定数を記憶しておき、前記制御部は、前記流量設定値と前記圧力センサの検出値に基づいてｍ×ｎ種類の制御定数の中から最適な制御定数を決定して流量制御するように構成したことを特徴とする流量制御装置である。
【０００８】
また、本発明は、流体を流す流体通路に流量センサ部と流量制御弁とを設け、該流量センサ部で検出した流量値と所定の流量設定値とを比較して該流量制御弁を制御する制御部とを有する流量制御装置において、前記流量センサ部及び流量制御弁の上流側及び下流側に差圧検知手段を設け、前記制御部には、予めｍ’水準の流量設定値とｎ’水準の流体差圧値（但し、ｍ’及びｎ’は１を除く自然数。）に応じたｍ’×ｎ’種類の制御定数を記憶しておき、前記制御部は、前記流量設定値と前記流体差圧値に基づいてｍ’×ｎ’種類の制御定数の中から最適な制御定数を決定して流量制御するように構成したことを特徴とする流量制御装置である。
【０００９】
上記発明において、前記制御部は、流量センサ部で検出した流量値と前記決定された最適な制御定数から前記流量制御弁に印加すべき電圧を算出することができる。
また、前記制御定数は、前記流量設定値と前記流体圧力値又は流体差圧値を階段状に変動させた時の前記流量値がオーバーシュートやハンチングを起こすことなく速やかに前記流量設定値になるように調整して予め求めておいたＰＩＤ制御定数である。
【００１０】
さらに、上記発明において、前記制御部に入力された前記流量設定値と前記圧力センサの検出値に応じた制御定数が、前記制御部に記憶された制御定数の中にないとき、前記制御部は、入力された前記流量設定値と前記圧力センサの検出値に近似する流量設定値と圧力センサの検出値に応じた制御定数から近似計算を行って、最適な制御定数を求めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る流量制御装置によれば、予め複数の流量設定値と複数の流体圧力値又は流体差圧値に応じた制御定数を記憶しておき、流量設定値と圧力センサの検出値又は流量制御弁の上流と下流との差圧値に基づいて最適な制御定数を決定し又は求めて流量制御するように構成しているので、流体の圧力状態が変化した場合でも、最適な制御定数を決定し又は求めて、応答速度を最適に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る流量制御装置の第１実施例を示す構成図である。
【図２】本発明に係る流量制御装置に予め記憶させておく制御定数の一例である。
【図３】本発明に係る流量制御装置の制御フローチャート図である。
【図４】本発明に係る流量制御装置の第２実施例を示す構成図である。
【図５】第２実施例における流量制御装置に予め記憶させておく制御定数の一例である。
【図６】第２実施例における流量制御装置の制御フローチャート図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る流量制御装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る流量制御装置の第１実施例を示す構成図、図２は本発明に係る流量制御装置に予め記憶させておく制御定数の一例、図３は本発明に係る流量制御装置の制御フローチャート図である。
【００１４】
図示するように、この流量制御装置４０は、液体や気体等の流体を流す流体通路、例えばガス管４の途中に介設されて、この流量を制御するようになっている。尚、このガス管４の一端に接続される半導体製造装置内はこの場合真空引きされている。この流量制御装置４０は、例えばステンレススチール等により成形された入口流路６Ａが上流側のガス管４の下流側に接続され、出口流路６Ｂが下流側のガス管４の上流側に接続される。この流量制御装置４０は、流体の流量を検出する流量検出手段８と、流体の流れを制御する流量制御弁機構１０と、本発明の特徴とする圧力検出手段４２とを有している。この装置全体の動作を制御するのは、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段４４を有している。
【００１５】
そして、上記制御手段４４は、半導体製造装置の全体の動作を制御するホストコンピュータ４６から、この流量制御装置において流すべきガス流量を表す流量設定信号Ｓ０を受ける。それと共に、現在流しているガス流量を表す外部流量出力信号Ｓｏｕｔを出力するようになっている。この図示例では、流路６の上流側から下流側に向けて、ガス流体の圧力を排出するための圧力検出手段４２、ガス流量を検出する流量検出手段８及び流量制御弁機構１０がこの順序で順次介設されている。上記圧力検出手段４２は、例えば圧力トランスデューサよりなり、所定の時間間隔、例えば１０ｍｓｅｃ毎にガス圧力をサンプリングして検出し、その検出された圧力値を圧力検出信号Ｓｖとして上記制御手段４４に向けて出力するようになっている。
【００１６】
また、上記流量検出手段８は、上記流路６のガス流体の流れ方向の上流側に設けられて複数のバイパス管を束ねてなるバイパス群１２を有している。上記バイパス群１２の両端側には、これを迂回するようにセンサ管１４が接続されており、これにバイパス群１２と比較して小量のガス流体を一定の比率で流すようになっている。すなわち、このセンサ管１４には全ガス流量に対して一定比率の一部のガスを常に流すようになっている。このセンサ管１４には直列に接続された制御用の一対の抵抗線Ｒ１、Ｒ４が巻回されており、これに接続されたセンサ回路１６により流量値を示す流量信号Ｓ１を出力するようになっている。
【００１７】
この流量信号Ｓ１は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段４４へ導入されて、上記流量信号Ｓ１に基づいて現在流れているガスの流量が出力される。それと共に、その流量が外部より入力される流量設定信号Ｓ０で表される流量に一致するように、上記流量制御弁機構１０を制御することになる。尚、この際、後述するように必要に応じて圧力検出信号Ｓｖにより表される圧力値が流量制御に加味されることになる。この流量制御弁機構１０は、上記流路６の下流側に設けられた流量制御弁２０を有しており、この流量制御弁２０は、ガス流体の流量を制御するための弁体として例えば金属板製の屈曲可能になされたダイヤフラム２２を有している。
【００１８】
そして、このダイヤフラム２２を弁口２４に向けて適宜屈曲変形させて移動（進退）させることによって、上記弁口２４の弁開度を任意に制御し得るようになっている。そして、このダイヤフラム２２の上面は、例えば積層圧電素子（ピエゾ素子）よりなるアクチュエータ２６の下端部に接続されており、これにより、その弁開度が上記したように調整できるようになっている。そして、このダイヤフラム２２の下端部に剛的に連結されており、これにより、その弁開度が上記したように調整できるようになっている。
【００１９】
具体的には、上記アクチュエータ２６の下端部には、例えば金属製の押し台４８が取り付けられ、他方、上記ダイヤフラム２２の上面にも例えば金属製のベース台５０が取り付けられている。そして、上記押し台４８とベース台５０との表面に浅い凹部をそれぞれ設けてこの凹部に例えば剛球５２を介在させて全体を剛的に連続している。これにより、上記アクチュエータ２６の機械的伸縮を直接的にダイヤフラム２２に伝えることができる。それと共に、ガス流体の圧力変動が生じてもダイヤフラム２２の弁開度が変化しないようにしている。更には上記剛球５２の作用により、上下方向に伝わる力が偏在しないようにしている。
【００２０】
ここで積層圧電素子とは、例えば多数のＰＺＴセラミック板の電極を介在させて積層した構造よりなり、印加する電圧によってその長手方向に機械的に伸縮できるようになっている。またアクチュエータ２６の全体はケース２７によって全体が囲まれている。そして、このアクチュエータ２６は、上記制御手段４４からの駆動信号Ｓ３を受けてバルブ駆動回路２８が出力するバルブ駆動信号としてのバルブ駆動電圧Ｓ４により作動する。
【００２１】
本発明の特徴となる流量制御を行う上記制御手段４４は、当然のこととして演算処理に必要な各種のデータ（情報）を記憶するために例えばＲＡＭやＲＯＭを組み合わせてなる記憶部４４Ａを有している。この記憶部４４Ａには予め調整されて設定した流量設定、流量圧力毎のＰＩＤ制御定数がテーブル化されて記憶されている。このＰＩＤ制御定数テーブルについて説明すると、図２に例示すように、設定流量について１０水準、流体圧力について４水準のマトリックスとして４０種類のＰＩＤ制御定数になっている。
【００２２】
そしてひとつのマトリックス（例えば、Ａ５０−０．１）には、それぞれに比例ゲインＫＰ、積分ゲインＫＩ、微分ゲインＫＤを設定可能にしている。これらのＰＩＤ制御定数は、入力値（流量設定値Ｓ０と圧力検出信号Ｓｖ）を階段状に変動させた時に出力値（バルブ駆動信号Ｓ４）が応答しはじめるまでに要する時間(無駄時間)、応答しはじめてからの変化の速度(時定数)、入力値の変化量と出力値の変化量の比(プロセスゲイン)などを測定し、オーバーシュートやハンチングを起こさないように、また設定流量に安定するまでの基準応答時間（例えば０．５秒以内）になるように調整したうえで決定する。
【００２３】
あるいは簡便的には基準応答時間は比例ゲインＫＰが支配的であるので、積分ゲインＫＩ、微分ゲインＫＤは所定の値に固定しておき、比例ゲインＫＰのみを調整して制御定数を決定しても良い。なお、図２における流体圧力の最小値と最大値は質量流量制御装置の制御可能範囲としている。
【００２４】
次に、以上のように構成された本発明の流量制御装置の動作について説明する。
本発明の特徴は、上記制御手段４４が、上記流量信号Ｓ１と上記流量設定信号Ｓ０とに基づいて流量の制御を行う際に、同時に上記圧力検出信号Ｓｖを読み取って、予め記憶させておいた複数の流量設定値と複数の流体圧力値に応じた制御定数の中から、最適の制御定数を選択して流量制御するようにした点である。
【００２５】
まず、ガス管４を流れてきたガスは、入口流路６Ａから流量制御装置４０の流路６内に流れ込み、このガスはその圧力が圧力検出手段４２により検出された後に流量検出手段８に至る。そしてこのガスの大部分はバイパス管群１２を介して流れると共に、全ガス流量に対して一定の分流比となる一部のガスはセンサ管１４内を流れ、各ガスはその下流側で合流した後に流量制御機構１０の流量制御弁２０の弁口２４を流れる。その後は出口流路６Ｂを通過して図示しない半導体製造装置に向けて流れて行く。尚、半導体製造装置の処理チャンバは真空雰囲気で使用されている。
【００２６】
ここで、センサ管１４には抵抗線Ｒ１、Ｒ４が巻回されており、センサ管１４内を流れるガスによりガス管４内を流れる全体のガスの流量がセンサ回路１６により検出される。この検出値が流量信号Ｓ１で表される流量が外部より入力される流量設定信号Ｓ０で表される流量と一致するようにバルブ駆動回路２８を介してバルブ駆動電圧Ｓ４を発生させる。そして、これをアクチュエータ２６に印加してアクチュエータ２６を伸縮駆動してダイヤフラム２２を屈曲変形することにより、流量制御弁２０の弁開度を調整することになる。これにより、ガス流体の流量を制御しつつ下流側に向けて流すことができる。
【００２７】
ここで、この流量制御装置４０よりも上流側のガス管４に何らかの理由（意図的であるか否かに関わらず）で圧力変動が生じた場合には、この圧力変動が下流側に向って伝搬し、この流量制御装置４０内へ到達する。
しかし、本発明ではこのガス圧の圧力変化量を圧力検出手段４２で検出して、予め記憶させておいた複数の流量設定値と複数の流体圧力値に応じた制御定数の中から、最適の制御定数を選択して流量制御するので、オーバーシュートやハンチングを起こすことなく速やかに所定の流量設定値へと制御することができる。
【００２８】
具体的な制御方法について説明する。
図３は本発明の流量制御装置で行われる制御フローを示す図である。
【００２９】
図示するように、まず流量設定信号Ｓ０を制御部４４に読み込む（Ｋ１）。また、圧力検出手段４２の出力である圧力検出信号Ｓｖを制御部４４に読み込む（Ｋ２）。そして、流量設定信号Ｓ０と、圧力検出信号Ｓｖとを用いて、予め記憶させておいた複数の制御定数（例えば図２に例示した制御定数のテーブル）の中から最適な制御定数を決定する（Ｋ３）。例えば、流量設定信号Ｓ０が５０％で、圧力検出信号Ｓｖが０．１ＭＰａＧの場合、図２のテーブルからＡ５０−０．１に記憶させた、制御定数（比例ゲインＫＰ、積分ゲインＫＩ、微分ゲインＫＤ）を決定する。
【００３０】
一方、入力された流量設定値Ｓ０と圧力検出信号Ｓｖに応じた制御定数が、図２のテーブルに記憶されていない場合、制御部４４は、入力された流量設定値Ｓ０と圧力検出信号Ｓｖに近似する流量設定値と圧力検出信号に応じた制御定数の中から直線近似計算を行って、最適な制御定数を求める。
【００３１】
具体的には、例えば、流量設定信号Ｓ００に２０％が入力された場合、図２のテーブルの中から流量設定値Ｓ０１：１０％に対応する制御定数（Ａ１０−０．０５からＡ１０−０．３まで）と流量設定信号Ｓ０２：２５％に対応する制御定数（Ａ２５−０．０５からＡ２５−０．３まで）を選び出し、次式によって流量設定信号Ｓ００＝２０％に対応する制御定数（Ａ２０−０．０５からＡ２０−０．３まで）を計算で求め、これを記憶させておく。
【００３２】
比例ゲインＫＰについて例示すると、
【数１】
0005499381.tif 000002
ＫＰＰ：計算された流量設定信号Ｓ００＝２０％に対応する比例ゲイン
ＫＰ１０：予め記憶されている流量設定信号１０％に対応する比例ゲイン
ＫＰ２５：予め記憶されている流量設定信号２５％に対応する比例ゲイン
【００３３】
そして、圧力検出信号Ｓｖ０が０．１５ＭＰａＧであった場合、計算されたＫＰＰ（Ａ２０−０．０５からＡ２０−０．３）の中からＡ２０−０．１（圧力検出信号Ｓｖ１：０．１ＭＰａＧ）、Ａ２０−０．２（圧力検出信号Ｓｖ２：０．２ＭＰａＧ）を選び出す。そして、次式で最適な制御定数を決定する。
【００３４】
【数２】
0005499381.tif 000003
ＫＰ０：求めた最適な比例ゲイン
ＫＰ０．１：Ａ２０−０．１に記憶された比例ゲイン
ＫＰ０．２：Ａ２０−０．２に記憶された比例ゲイン
【００３５】
あるいはまた、流量設定信号Ｓ００＝２０％と、圧力検出信号Ｓｖ０＝０．１５ＭＰａＧに基づいて、図２のテーブルの中からＡ１０−０．１（流量設定信号Ｓ０１：１０％、圧力検出信号Ｓｖ１：０．１ＭＰａＧ）、Ａ１０−０．２（流量設定信号Ｓ０１：１０％、圧力検出信号Ｓｖ２：０．２ＭＰａＧ）、Ａ２５−０．１（流量設定信号Ｓ０２：２５％、圧力検出信号Ｓｖ１：０．１ＭＰａＧ）及びＡ２５−０．２（流量設定信号Ｓ０２：２５％、圧力検出信号Ｓｖ２：０．２ＭＰａＧ）に記憶された制御定数を選び出し、次式で最適な制御定数を求めても良い。比例ゲインＫＰについて例示すると、
【００３６】
【数３】
0005499381.tif 000004
ＫＰ０：求めた最適な比例ゲイン
ＫＰ１１：Ａ１０−０．１に記憶された比例ゲイン
ＫＰ１２：Ａ１０−０．２に記憶された比例ゲイン
ＫＰ２１：Ａ２５−０．１に記憶された比例ゲイン
ＫＰ２２：Ａ２５−０．２に記憶された比例ゲイン
のように、近似して最適な制御定数を求める。なお、これらＫＰ１１とＫＰ１２との間隔、あるいはＫＰ１１とＫＰ２１との間隔は、予め実験的に直線近似計算を行っても実質的に問題がないと見なせる間隔を設定しておく。
【００３７】
そして、制御部４４に流量信号Ｓ１を読み込み（Ｋ４）、決定した最適な制御定数と流量信号Ｓ１に基づいて、ＰＩＤ演算を行い、バルブ駆動信号Ｓ４を決定する（Ｋ５）。このバルブ駆動信号Ｓ４をバルブ駆動回路２８に出力する（Ｋ６）と、流量制御弁機構１０が駆動して、バルブの開度が変化し、所望の流量に制御することができる。この制御状態はＫ１からＫ６の工程を例えば１０ｍｓｅｃで行い、制御を継続する場合には、これらの工程が繰り返される（Ｋ７）。
【００３８】
あるいはまた、圧力検出信号Ｓｖには上下限の閾値を設定しておき、その閾値の範囲内では一度決定した制御定数を固定しておき、圧力検出信号Ｓｖが閾値を超える変化をした場合に、再び制御定数を最適化させてもよい。
【００３９】
つぎに、本発明に係る流量制御装置の第２の実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図４は本発明に係る流量制御装置の第２実施例を示す構成図、図５は第２実施例における流量制御装置に予め記憶させておく制御定数の一例、図６は第２実施例における流量制御装置の制御フローチャート図である。なお、上記した流量制御装置４０と同一の構成は、同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００４０】
半導体製造装置の多くは、その処理チャンバが真空雰囲気で使用されるが、減圧雰囲気や常圧程度の雰囲気等の種々圧力状態で使用される場合がある。図示するように流量制御装置４０Ａは、上流側に設けた圧力検出手段４２Ａとともに、流量制御弁機構１０の下流側にも圧力検出手段４２Ｂを設けている点で相違する。そして、圧力検出手段４２Ａと圧力検出手段４２Ｂの圧力検出信号ＳｖＡとＳｖＢから流体の差圧値ＳｖＣを求め、流量設定値Ｓ０と流体差圧値ＳｖＣに基づいて複数の制御定数の中から最適な制御定数を選択して流量制御する。なお、圧力検出手段４２Ａ、４２Ｂとして差圧型トランスデューサを用いて、直接流体差圧値を検出可能に構成しても良い。
【００４１】
具体的には、図５に例示すように、設定流量について１０水準、流体差圧値について４水準のマトリックスとして４０種類のＰＩＤ制御定数になっている。そしてひとつのマトリックス（例えば、Ｂ５０−０．１）には、それぞれに比例ゲインＫＰ、積分ゲインＫＩ、微分ゲインＫＤを設定可能にしている。これらのＰＩＤ制御定数の決定には、入力値（流量設定値Ｓ０と流体差圧値ＳｖＣ）を階段状に変動させた時に出力値（バルブ駆動信号Ｓ４）が応答しはじめるまでに要する時間(無駄時間)、応答しはじめてからの変化の速度(時定数)、入力値の変化量と出力値の変化量の比(プロセスゲイン)などを測定し、その値から設定する。
【００４２】
そして図４に示すように、まず流量設定信号Ｓ０を制御部４４に読み込む（Ｋ１１）。また、圧力検出手段４２Ａと４２Ｂの出力である圧力検出信号ＳｖＡとＳｖＢとを制御部４４に読み込む（Ｋ１２、Ｋ１３）。次に、圧力検出信号ＳｖＡとＳｖＢとから流体差圧値ＳｖＣを求める（Ｋ１４）。そして、流量設定信号Ｓ０と、流体差圧値ＳｖＣとを用いて、予め記憶させておいた複数の制御定数（例えば図５に例示した制御定数のテーブル）の中から最適な制御定数を決定する（Ｋ１５）。例えば、流量設定信号Ｓ０が５０％で、流体差圧値ＳｖＣが０．１ＭＰａＧの場合、図５のテーブルからＢ５０−０．１に記憶させた、制御定数（比例ゲインＫＰ、積分ゲインＫＩ、微分ゲインＫＤ）を決定する。
【００４３】
一方、入力された流量設定値Ｓ０と流体差圧値ＳｖＣに応じた制御定数が、図５のテーブルに記憶されていない場合、制御部４４は、入力された流量設定値Ｓ０と流体差圧値ＳｖＣに近似する流量設定値と流体差圧値に応じた制御定数の中から近似計算を行って、最適な制御定数を求める。
【００４４】
そして、制御部４４に流量信号Ｓ１を読み込み（Ｋ１６）、決定した最適な制御定数と流量信号Ｓ１に基づいて、ＰＩＤ演算を行い、バルブ駆動信号Ｓ４を決定する（Ｋ１７）。このバルブ駆動信号Ｓ４をバルブ駆動回路２８に出力する（Ｋ１８）と、流量制御弁機構１０が駆動して、バルブの開度が変化し、所望の流量に制御することができる。この制御状態はＫ１１からＫ１８の工程を例えば１０ｍｓｅｃで行い、制御を継続する場合には、これらの工程が繰り返される（Ｋ１９）。
【００４５】
図１及び図４において、流路６の上流から下流側に向けて、圧力検出手段４２（４２Ａ）、流量検出手段８、流量制御弁機構１０の順に介設した例を示したが、圧力検出手段４２（４２Ａ）の介設位置はこれに限らず、実質的に流量制御弁機構１０に流入するガスの圧力が検出可能であれば良い。例えば、流量検出手段８、圧力検出手段４２（４２Ａ）、流量制御弁機構１０の順に介設したり、流量検出手段８の上流側に流路６から分岐する分岐管を設け、ここに圧力検出手段４２（４２Ａ）を介設することができる。
【００４６】
またＰＩＤ制御を用いた制御定数を例示したが、必要に応じて各種の制御方法を採用することが可能で、例えば、Ｐ制御、ＰＩ制御、Ｈ∞制御、ファジイ制御或いはニューラルネットワーク制御等を採用することができる。この場合、各々の制御方法に対応する制御定数を用いればよい。
【符号の説明】
【００４７】
４：ガス管（流体通路）、６：流路、６Ａ：入口流路、６Ｂ：出口流路、８：流量検出手段、
１０：流量制御弁機構、１２：バイパス管群、１４：センサ管、１６：センサ回路、
２０：流量制御弁、２２：ダイヤフラム、２４：弁口、２６：アクチュエータ、２７：ケース、２８：バルブ駆動回路、
４０、４０Ａ：流量制御装置、４２、４２Ａ、４２Ｂ：圧力検出手段、４４：制御手段、４４Ａ：記憶部、４６：ホストコンピュータ、４８：押し台、
５０：ベース台、５２：剛球、
Ｓ０：流量設定信号、Ｓ１：流量信号、Ｓｖ、ＳｖＡ、ＳｖＢ：圧力検出信号、Ｓｏｕｔ：外部流量出力信号、Ｓ３：駆動信号、Ｓ４：バルブ駆動電圧（バルブ駆動信号）
【図１】
0005499381.tif 000005
【図２】
0005499381.tif 000006
【図３】
0005499381.tif 000007
【図４】
0005499381.tif 000008
【図５】
0005499381.tif 000009
【図６】
0005499381.tif 000010